ST集成傳感器方案實(shí)現電子羅盤(pán)功能

圖7 惠斯通電橋

當R1=R2=R3=R4=R，在外界磁場(chǎng)的作用下電阻變化為R時(shí)，電橋輸出V正比于R。這就是磁力計的工作原理。

2.2 置位/復位(Set/Reset)電路

由于受到外界環(huán)境的影響，LSM303DLH中AMR上的主磁域方向不會(huì )永久保持不變。LSM303DLH內置有置位/復位電路，通過(guò)內部的金屬線(xiàn)圈周期性的產(chǎn)生電流脈沖，恢復初始的主磁域，如圖8所示。需要注意的是，置位脈沖和復位脈沖產(chǎn)生的效果是一樣的，只是方向不同而已。

圖8 LSM303DLH置位/復位電路

置位/復位電路給LSM303DLH帶來(lái)很多優(yōu)點(diǎn)：
1） 即使遇到外界強磁場(chǎng)的干擾，在干擾消失后LSM303DLH也能恢復正常工作而不需要用戶(hù)再次進(jìn)行校正。
2） 即使長(cháng)時(shí)間工作也能保持初始磁化方向實(shí)現精確測量，不會(huì )因為芯片溫度變化或內部噪音增大而影響測量精度。
3） 消除由于溫漂引起的電橋偏差。
2.3 LSM303DLH的性能參數

LSM303DLH集成三軸磁力計和三軸加速計，采用數字接口。磁力計的測量范圍從1.3 Gauss到8.1 Gauss共分7檔，用戶(hù)可以自由選擇。并且在20 Gauss以?xún)鹊拇艌?chǎng)環(huán)境下都能夠保持一致的測量效果和相同的敏感度。它的分辨率可以達到8 mGauss并且內部采用12位ADC，以保證對磁場(chǎng)強度的精確測量。和采用霍爾效應原理的磁力計相比，LSM303DLH的功耗低，精度高，線(xiàn)性度好，并且不需要溫度補償。

LSM303DLH具有自動(dòng)檢測功能。當控制寄存器A被置位時(shí)，芯片內部的自測電路會(huì )產(chǎn)生一個(gè)約為地磁場(chǎng)大小的激勵信號并輸出。用戶(hù)可以通過(guò)輸出數據來(lái)判斷芯片是否正常工作。

作為高集成度的傳感器模組，除了磁力計以外LSM303DLH還集成一顆高性能的加速計。加速計同樣采用12位ADC，可以達到1mg的測量精度。加速計可運行于低功耗模式，并有睡眠/喚醒功能，可大大降低功耗。同時(shí)，加速計還集成了6軸方向檢測，兩路可編程中斷接口。

3. ST電子羅盤(pán)方案介紹

一個(gè)傳統的電子羅盤(pán)系統至少需要一個(gè)三軸的磁力計以測量磁場(chǎng)數據，一個(gè)三軸加速計以測量羅盤(pán)傾角，通過(guò)信號條理和數據采集部分將三維空間中的重力分布和磁場(chǎng)數據傳送給處理器。處理器通過(guò)磁場(chǎng)數據計算出方位角，通過(guò)重力數據進(jìn)行傾斜補償。這樣處理后輸出的方位角不受電子羅盤(pán)空間姿態(tài)的影響，如圖9所示。

圖9 電子羅盤(pán)結構示意圖

LSM303DLH將上述的加速計、磁力計、A/D轉化器及信號條理電路集成在一起，仍然通過(guò)I2C總線(xiàn)和處理器通信。這樣只用一顆芯片就實(shí)現了6軸的數據檢測和輸出，降低了客戶(hù)的設計難度，減小了PCB板的占用面積，降低了器件成本。

LSM303DLH的典型應用如圖10所示。它需要的周邊器件很少，連接也很簡(jiǎn)單，磁力計和加速計各自有一條I2C總線(xiàn)和處理器通信。如果客戶(hù)的I/O接口電平為1.8V，Vdd_dig_M、Vdd_IO_A和Vdd_I2C_Bus均可接1.8V供電，Vdd使用2.5V以上供電即可；如果客戶(hù)接口電平為2.6V，除了Vdd_dig_M要求1.8V以外，其他皆可以用2.6V。在上文中提到，LSM303DLH需要置位/復位電路以維持AMR的主磁域。C1和C2為置位/復位電路的外部匹配電容，由于對置位脈沖和復位脈沖有一定的要求，建議用戶(hù)不要隨意修改C1和C2的大小。

對于便攜式設備而言，器件的功耗非常重要，直接影響其待機的時(shí)間。LSM303DLH可以分別對磁力計和加速計的供電模式進(jìn)行控制，使其進(jìn)入睡眠或低功耗模式。并且用戶(hù)可自行調整磁力計和加速計的數據更新頻率，以調整功耗水平。在磁力計數據更新頻率為7.5Hz、加速計數據更新頻率為50Hz時(shí)，消耗電流典型值為0.83mA。在待機模式時(shí)，消耗電流小于3uA。